第十六章 地理信息系統(tǒng)軟件工程技術(shù)

第十六章地理信息系統(tǒng)軟件工程技術(shù)第1頁，共43頁，2023年，2月20日，星期三1．軟件工程簡(jiǎn)介第2頁，共43頁，2023年，2月20日，星期三1．1基本概念計(jì)算機(jī)軟件工程是一類求解的工程。它應(yīng)用計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)及管理科學(xué)等原理，借鑒傳統(tǒng)工程的原則、方法，創(chuàng)建軟件以達(dá)到提高質(zhì)量，降低成本的目的。第3頁，共43頁，2023年，2月20日，星期三圖：軟件工程框架[王立福]第4頁，共43頁，2023年，2月20日，星期三軟件工程四條基本原則：1）選取適宜的開發(fā)模型，可以認(rèn)識(shí)需求易變性，并加以控制，以保證軟件產(chǎn)品滿足用戶的需求；2）采用合適的設(shè)計(jì)方法，通常要考慮實(shí)現(xiàn)軟件的模塊化、抽象與信息隱蔽、局部化、一致性以及適應(yīng)性等特征；3）提供高質(zhì)量的工程支持，在軟件工程中，軟件工具與環(huán)境對(duì)軟件過程的支持頗為重要；4）重視開發(fā)過程的管理，軟件工程的管理，直接影響可用資源的有效利用、生產(chǎn)滿足目標(biāo)的軟件產(chǎn)品，提高軟件組織的生產(chǎn)能力等問題。第5頁，共43頁，2023年，2月20日，星期三1．2軟件工程活動(dòng)軟件工程活動(dòng)包括需求、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、確認(rèn)及支持等它們對(duì)應(yīng)于軟件開發(fā)活動(dòng)的不同階段。第6頁，共43頁，2023年，2月20日，星期三1．2．1需求分析建立需求面臨著三個(gè)方面的困難：1）問題空間的理解2）人與人之間的通信3）需求的不斷變化

第7頁，共43頁，2023年，2月20日，星期三1．2．2系統(tǒng)設(shè)計(jì)要解決“怎么做”的問題設(shè)計(jì)階段劃分為總體設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)第8頁，共43頁，2023年，2月20日，星期三1．2．3實(shí)現(xiàn)階段在軟件實(shí)現(xiàn)階段，要將設(shè)計(jì)的結(jié)果變換成程序設(shè)計(jì)語言編寫的程序。首先要確定程序設(shè)計(jì)語言，其影響因素包括：開發(fā)人員對(duì)語言的熟悉程度，語言的可移植性，編譯程序的效率，編譯工具的支持等。第9頁，共43頁，2023年，2月20日，星期三1．2．4確認(rèn)活動(dòng)系統(tǒng)完成后的軟件測(cè)試是主要的確認(rèn)活動(dòng)。軟件測(cè)試的技術(shù)分為兩類：白盒測(cè)試技術(shù)和黑盒測(cè)試技術(shù)。第10頁，共43頁，2023年，2月20日，星期三1．2．5軟件維護(hù)軟件維護(hù)活動(dòng)的類別：1）改正性維護(hù)2）適應(yīng)性維護(hù)3）完善性維護(hù)4）預(yù)防性維護(hù)第11頁，共43頁，2023年，2月20日，星期三1．3結(jié)構(gòu)化方法和面向?qū)ο蠓椒ǖ?2頁，共43頁，2023年，2月20日，星期三1．3結(jié)構(gòu)化方法和面向?qū)ο蠓椒ńY(jié)構(gòu)化分析和設(shè)計(jì)--基于模塊化的思想，采用“自頂向下，逐步求精”的技術(shù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行劃分，分解和抽象是它的兩個(gè)基本手段--將軟件視為一個(gè)數(shù)據(jù)變換裝置，接受各種輸入，通過變換產(chǎn)生輸出一個(gè)典型的數(shù)據(jù)流圖：飛機(jī)訂票第13頁，共43頁，2023年，2月20日，星期三1．3結(jié)構(gòu)化方法和面向?qū)ο蠓椒嫦驅(qū)ο蟮姆治龊驮O(shè)計(jì)--客觀世界是由許多各種各樣的類組成的，每種對(duì)象都有各自的內(nèi)部狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，對(duì)象之間的作用和聯(lián)系就構(gòu)成了各種不同的系統(tǒng)--使解決問題的方法空間與客觀世界的問題空間結(jié)構(gòu)達(dá)成一致--UML(Unifiedmodelinglanguage，統(tǒng)一建模語言)第14頁，共43頁，2023年，2月20日，星期三用UML表達(dá)的線幾何體類以及和其它類的關(guān)系（OpenGISConsortium）

第15頁，共43頁，2023年，2月20日，星期三1．4開發(fā)過程模型軟件開發(fā)模型是軟件開發(fā)全部過程、活動(dòng)和任務(wù)的結(jié)構(gòu)框架。軟件開發(fā)模型能夠清晰、直觀的表達(dá)軟件開發(fā)過程，明確規(guī)定要完成的主要活動(dòng)和任務(wù)?？梢宰鳛檐浖?xiàng)目工作的基礎(chǔ)。第16頁，共43頁，2023年，2月20日，星期三1．4．1瀑布模型第17頁，共43頁，2023年，2月20日，星期三1．4．2演化模型主要針對(duì)事先不能完整定義需求的軟件開發(fā)。用戶可以先給出核心需求，當(dāng)開發(fā)人員將核心需求實(shí)現(xiàn)后，用戶提出反饋意見，以支持系統(tǒng)的最終設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。第18頁，共43頁，2023年，2月20日，星期三1．4．3螺旋模型1）制定計(jì)劃——確定軟件目標(biāo)，選定實(shí)施方案，弄清項(xiàng)目開發(fā)的限制條件。2）風(fēng)險(xiǎn)分析——分析所選方案，考慮如何識(shí)別和消除風(fēng)險(xiǎn)。3）實(shí)施工程——實(shí)施軟件開發(fā)。4）客戶評(píng)估——評(píng)價(jià)開發(fā)工作，提出修正建議。第19頁，共43頁，2023年，2月20日，星期三1．4．4噴泉模型第20頁，共43頁，2023年，2月20日，星期三2．GIS領(lǐng)域的體系結(jié)構(gòu)和構(gòu)件（圖：GIS領(lǐng)域）第21頁，共43頁，2023年，2月20日，星期三GIS領(lǐng)域體系結(jié)構(gòu)：一個(gè)工作流視圖第22頁，共43頁，2023年，2月20日，星期三基于DCP的GIS體系結(jié)構(gòu)和構(gòu)件：一個(gè)實(shí)現(xiàn)視圖[OpenGISConsortium]第23頁，共43頁，2023年，2月20日，星期三3．GIS需求分析第24頁，共43頁，2023年，2月20日，星期三3．1GIS需求獲取1）物理環(huán)境，物理設(shè)備的位置以及其分布的集中程度；2）接口，與其它軟件系統(tǒng)的接口以及對(duì)數(shù)據(jù)格式的要求；3）用戶或人的因素，包括系統(tǒng)用戶熟練程度，使用系統(tǒng)需要接受的訓(xùn)練；4）功能，系統(tǒng)要完成什么，性能如何；5）文檔，需要哪些文檔以及其針對(duì)的讀者；6）數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)精度、數(shù)據(jù)量、接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的頻率；7）資源，使用系統(tǒng)需要的設(shè)備，開發(fā)需要的人力資源、計(jì)算機(jī)資源、時(shí)間表；8）安全性，對(duì)訪問信息的控制程度，數(shù)據(jù)的備份等；9）質(zhì)量保證，對(duì)系統(tǒng)的可靠性要求，平均系統(tǒng)出錯(cuò)時(shí)間，可移植性，可維護(hù)性等。第25頁，共43頁，2023年，2月20日，星期三3．2GIS需求規(guī)約在需求獲取階段，得到了用自然語言描述的用戶需求，但是其中存在著不一致性和二義性，這些問題要通過需求規(guī)約解決。第26頁，共43頁，2023年，2月20日，星期三對(duì)Coad/Yourdon方法的擴(kuò)展——GeoOOA（部分，GeorgeK?sters）基本類和GeoOOA類GeoOOA中的整體部分關(guān)系1）覆蓋2）包含3）分割第27頁，共43頁，2023年，2月20日，星期三4．?dāng)?shù)據(jù)管理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理部分設(shè)計(jì)的目的是確定在數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中存儲(chǔ)和檢索數(shù)據(jù)的基本結(jié)構(gòu)，其原則是要隔離數(shù)據(jù)管理方案的影響，不管該方案是普通文件、關(guān)系數(shù)據(jù)庫、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫或者是其它方式的。第28頁，共43頁，2023年，2月20日，星期三三種主要的數(shù)據(jù)管理方法1）普通文件管理2）關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（RDBMS）3）面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

第29頁，共43頁，2023年，2月20日，星期三4．1全部采用文件管理將所有的數(shù)據(jù)都存放于一個(gè)或者多個(gè)文件中，包括結(jié)構(gòu)化的屬性數(shù)據(jù)。第30頁，共43頁，2023年，2月20日，星期三4．2文件結(jié)合關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理(a)通過文件管理空間數(shù)據(jù)(b)通過關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理屬性數(shù)據(jù)圖：同時(shí)使用文件和關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理GIS數(shù)據(jù)，其中利用地物ID建立記錄之間的連接關(guān)系第31頁，共43頁，2023年，2月20日，星期三4．3全部采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理圖：集成化的GIS數(shù)據(jù)管理第32頁，共43頁，2023年，2月20日，星期三4．4采用面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(OO-DBMS)管理第33頁，共43頁，2023年，2月20日，星期三5．界面設(shè)計(jì)第34頁，共43頁，2023年，2月20日，星期三5．1界面設(shè)計(jì)原則1）對(duì)人分類2）描述人和他們的任務(wù)腳本3）設(shè)計(jì)命令層4）設(shè)計(jì)詳細(xì)的交互

5）繼續(xù)做原型6）設(shè)計(jì)用戶界面類7）根據(jù)圖形用戶界面進(jìn)行設(shè)計(jì)第35頁，共43頁，2023年，2月20日，星期三5．2GIS界面設(shè)計(jì)中的要素?cái)?shù)據(jù)選擇數(shù)據(jù)表現(xiàn)數(shù)據(jù)處理SQL可視化第36頁，共43頁，2023年，2月20日，星期三5．3GIS界面樣式第37頁，共43頁，2023年，2月20日，星期三5．3．1基于命令行的GIS界面第38頁，共43頁，2023年，2月20日，星期三5．3．2菜單驅(qū)動(dòng)的GIS界面第39頁，共43頁，2023年，2月20日，星期三5．3．3采用數(shù)據(jù)流圖的GIS圖形用戶界面第40頁，共43頁，2023年，2月20日，星期三6．GIS中的設(shè)計(jì)模式一個(gè)設(shè)計(jì)模式包括四個(gè)基本部分：1）模式名稱2）問題3）解決方案4）后果

第41頁，共43頁，2023年，2月20日，星期三7．在GIS項(xiàng)目中使用CASE工具——空間過程支持與空間數(shù)據(jù)配置管理CASE（計(jì)算機(jī)輔助軟件工程，Computer-AidedSoftwareEngineer